| dc.contributor.advisor | Wiegand, Kerstin Prof. Dr. | |
| dc.contributor.author | Heß, Bastian | |
| dc.date.accessioned | 2022-05-10T14:28:16Z | |
| dc.date.available | 2022-05-17T00:50:22Z | |
| dc.date.issued | 2022-05-10 | |
| dc.identifier.uri | http://resolver.sub.uni-goettingen.de/purl?ediss-11858/14043 | |
| dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.53846/goediss-9222 | |
| dc.language.iso | eng | de |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ | |
| dc.subject.ddc | 630 | de |
| dc.title | Modelling, management and restoration of savannas in southern Africa | de |
| dc.type | doctoralThesis | de |
| dc.contributor.referee | Wiegand, Kerstin Prof. Dr. | |
| dc.date.examination | 2022-03-14 | de |
| dc.description.abstractger | Hintergrund - Seit mehreren Dekaden lässt sich in den Savannen des südlichen Afrikas das voranschreitende Phänomen der Verbuschung beobachten. Diese Form der Landdegradation führt zu einer Verringerung der (essbaren) Grasbiomasse auf den Farmen und somit auch zu einer Verringerung der Viehzahlen die nachhaltig auf der Farm gehalten werden können. Ein Rückgang des Viehbestands führt in der Regel zu einem geringeren Einkommen oder zu weniger Nahrungsmitteln für die Landwirte und kann daher deren Existenzgrundlage bedrohen. Die Vegetationsdynamik von Savannen ist komplex und durch viele vernetzte Faktoren beeinflusst. Räumlich explizite, prozess-orientierte Weide-Simulationsmodelle sind ideale Instrumente, um diese komplexen Vegetationsdynamiken und das Phänomen der Verbuschung zu untersuchen. Weide-Simulationsmodelle können dazu beitragen, Bewirtschaftungsentscheidungen dahingehend zu optimieren, dass einer Verbuschung entgegengewirkt, oder sie sogar zurückgedrängt wird. Diese Modelle können außerdem als Orientierungshilfe dienen, um zukünftige Forschungen auf die wichtigsten Faktoren zu konzentrieren, die die Vegetationsprozesse und die Verbuschung in Savannen beeinflussen.
Ziele - Ziel dieser Dissertation war es, die Haupteinflussfaktoren, die das Auftreten und die Ausbreitung von Verbuschung in den Savannen des südlichen Afrikas verursachen und beeinflussen können, zu identifizieren und weitergehend zu untersuchen. Ein weiteres Ziel war es, diese Faktoren und Prozesse in ein Simulationsmodell zu integrieren, um ihre Auswirkungen auf das Savannensystem, mit einem Fokus auf realistische Vegetationsdynamik und Weidemanagement, genauer zu beleuchten und verschiedene Umwelt- und Bewirtschaftungsszenarien zu testen und zu vergleichen.
Methoden - Um die wichtigsten Umwelt- und Managementfaktoren zu ermitteln, die die Vegetations- und Verbuschungsdynamik beeinflussen, wurden, im Rahmen dieser Arbeit, Farmer und Stakeholder interviewt, Workshops veranstaltet und Gespräche mit Wissenschaftlern und führenden Experten auf diesem Gebiet geführt. Durch die Programmierung des Piosphären-Landschaftsgenerators (PioLaG) und des prozess-orientierten Weide-Simulationsmodells (Midessa) wurde die Möglichkeit geschaffen, relevante Einflussfaktoren und Prozesse miteinander zu verknüpfen und ihre Ursache-Wirkungs-Beziehungen im Hinblick auf die Auswirkungen auf die Vegetationsdynamik und den Zustand des Viehbestands zu untersuchen und zu testen.
Ergebnisse – Die wichtigsten Faktoren, die den Zustand von Savannen bestimmen, sind heterogene Niederschlagsmuster, Bodenfeuchtigkeit, Vegetationskonkurrenz und -sukzession, Feuerereignisse, Saatgutverfügbarkeit, Grasen und Verbiss, eine Reduktion der hölzernen Vegetation durch Brennholzentnahme oder durch Arborizide sowie andere Bewirtschaftungsfaktoren wie Nutztierarten und deren Besatzdichte, Art und Umsetzung des Weidesystems sowie das Management während Trockenperioden. Die Simulationsergebnisse haben gezeigt, dass die Einführung von Selektierern (Wiederkäuer, die sich überwiegend durch rohfaserarme Nahrung, wie Knospen, Blättern oder Zweigen ernähren) und/oder intermediären Fresstypen in einem Betrieb die Verbuschung stark verlangsamen kann. Eine Mischung aus Selektierern und Gras- und Raufutterfressern scheint daher ein vielversprechender Ansatz für ein nicht-chemisches Instrument gegen Verbuschung zu sein. Nachhaltige und angepasste Bewirtschaftungsstrategien, einschließlich eines durchdachten Rotationsweidesystems, verbessern die Vegetationsbedingungen für das Vieh. Es hat sich auch gezeigt, dass eine Verringerung der Besatzdichte auf einer Farm Verbuschung verlangsamen kann und eine Verschlechterung des Zustands des Viehbestands verzögert. Aus Modellierungssicht konnte insbesondere festgestellt werden, dass räumlich heterogen verteilte Niederschläge einen großen Einfluss auf die Simulationsergebnisse hatten und zu einer realistischeren Verbreitung der Vegetationstypen führten. Allerdings schwankten bei dieser Art von Niederschlag die Vegetationstypen stark. Dies hatte zur Folge, dass der Boden oft kahl war. Da die Nutztiere dann keine essbare Biomasse finden können, verschlechtert sich der Zustand des Viehbestandes schnell.
Schlussfolgerungen - Die Verwendung des realistischen Weide-Simulationsmodells Midessa in Kombination mit dem Landschaftsgenerator PioLaG und den aus den Befragungen der Landwirte gewonnenen Informationen erwies sich als nützliches Instrument zum Verständnis der Vegetationsdynamik, insbesondere des Phänomens der Verbuschung, der Savannen des südlichen Afrikas. Wir konnten eine Vielzahl von Prozessen identifizieren, die auf unterschiedlichen räumlichen und zeitlichen Skalen interagieren und je nach den ökologischen und historischen Gegebenheiten an dem untersuchten Ort und zu der untersuchten Zeit von unterschiedlicher Bedeutung sind. Durch die Simulationen und den Vergleich verschiedener Umwelt- und Bewirtschaftungsszenarien konnten wir Einblicke in das komplexe Vegetationssystem von Savannen gewinnen und Anhaltspunkte finden, wie Verbuschung entgegengewirkt kann und somit die Lebensgrundlagen der Farmer in den afrikanischen Savannen langfristig gesichert werden können. | de |
| dc.description.abstracteng | Context - Bush encroachment has been observed in southern African savannas for several decades. This form of land degradation reduces the abundance of (palatable) grass biomass on farms, which in turn can support less livestock sustainably. A reduction in livestock usually results in lower income or less food for farmers and can therefore threaten livelihoods. The vegetation dynamics of savannas are complex and multifactorially interconnected. Spatially explicit, process-oriented rangeland models are ideal tools to study these complex vegetation dynamics and the phenomenon of bush encroachment. These models can aid in optimizing management to reduce bush encroachment and give guidance to focus future research on the most relevant factors influencing vegetation processes and bush encroachment in savannas.
Objectives - This dissertation aims to identify and examine the key factors that can cause and influence the emergence and expansion of bush encroachment in southern African savannas. To this end, we incorporated potentially important factors and processes in a simulation model to study their impact on bush encroachment and to be able to test different environmental and management scenarios with a focus on realistic vegetation dynamics and livestock management.
Methods - To identify the potentially most important environmental and management factors that influence the vegetation dynamics of bush encroachment, we interviewed farmers and stakeholders, held workshops and had discussions with scientists and leading experts in the field. Through programming a landscape generator (PioLaG) and a process-oriented rangeland simulation model (Midessa), we gained the ability to set these influential factors and processes in relation to another and to observe and test their cause-and-effect relationship in terms of the impact on vegetation type distribution and livestock condition.
Results - The most important factors that determine the current state of savanna rangelands are heterogeneous precipitation patterns, soil moisture, vegetation competition and succession, fire events, seed availability, grazing and browsing, wood reduction by firewood removal or through arboricides, as well as other management factors such as livestock type and stocking density, type and characteristics of the grazing system, and farmer back-up plans for drought periods. Simulation results showed that introducing browsers and/or mixed feeders to a farm will greatly slow down bush encroachment. A grazer/browser mix thus seems to be a promising approach for a non-chemical management tool against bush encroachment. Careful and adaptive farming strategies including a sophisticated rotational grazing system, will improve vegetation conditions for livestock. Reducing the livestock density on a farm has also been found to slow down bush encroachment and delay the decline of livestock condition. From a modelling perspective, an interesting observation was that spatially heterogeneous distributed precipitation had a major impact on simulation results and led to a more realistic clustering of vegetation types. Ecologically, there were many fluctuations of vegetation types with this type of precipitation. Therefore, bare soil was often present under spatially heterogeneous rainfall, which is not beneficial for livestock as it contains no palatable biomass and thus leads to a faster decline of livestock condition.
Conclusions - Using the realistic rangeland model Midessa in combination with the landscape generator PioLaG and information gained from the farmer interviews proved to be a useful tool to understand the vegetation dynamics in southern African savannas, especially the phenomenon of bush encroachment. We could identify a multitude of various processes that interact on different spatial and temporal scales with varying importance depending on the environmental and historical circumstances at the place and time that was studied. By testing and comparing different environmental and farm management scenarios, we gained insights into the complex savanna system and found clues as to how bush encroachment can be counteracted and how the livelihoods of farmers in African savannas can be secured in the long term. | de |
| dc.contributor.coReferee | Kreft, Holger Prof. Dr. | |
| dc.contributor.thirdReferee | Kneib, Thomas Prof. Dr. | |
| dc.subject.eng | bush encroachment | de |
| dc.subject.eng | degradation | de |
| dc.subject.eng | savanna rangeland simulation model | de |
| dc.subject.eng | decision support system | de |
| dc.subject.eng | process-oriented multi-scale modelling | de |
| dc.subject.eng | savanna | de |
| dc.subject.eng | shrub encroachment | de |
| dc.subject.eng | piosphere | de |
| dc.subject.eng | NetLogo | de |
| dc.subject.eng | landscape generator | de |
| dc.identifier.urn | urn:nbn:de:gbv:7-ediss-14043-6 | |
| dc.affiliation.institute | Fakultät für Forstwissenschaften und Waldökologie | de |
| dc.subject.gokfull | Forstwirtschaft (PPN621305413) | de |
| dc.description.embargoed | 2022-05-17 | de |
| dc.identifier.ppn | 1801457603 | |